JPS6350425A - 靭性、溶接性に優れた厚手高張力鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低温靭性、溶接性に優れた厚手高張力鋼板の製
造方法に関し、特に、加熱条件、圧延条件並びにその後
の冷却速度を制御して、板厚方向に均一でかつ優れた低
温靭性を有する厚手高張力調板を製造する方法に関する
ものである・〔従来の技術〕 近年、エネルギー開発が極地化、深海化しており・使用
される海洋構造物は年々巨大化が著しく、また効率的な
エネルギー輸送のため、砕氷タンカーなどの使用が必要
とされる。そして、これらに使用される鋼材は板厚が厚
くかつ非常に低温靭性が優れたものが要求される。とこ
ろが板厚が増すと板厚方向の材質差が増し、板厚中心部
の機械的性質が他の部分より劣る。特に、低温靭性の劣
化が大きい。さらに、板厚中心部は拘束応力が最大とな
り、破壊の起点となりやすいので、板厚中心部まで均一
で優れた低温靭性を有することが必要である。

また、これらの巨大構造物に対する安全性確保は重要な
問題であり、溶接割れ性、溶接部継手靭性等の向上のた
めに炭素当量を低く抑えることが必要である。

近年、炭素当量を減少して高強度・高靭性を得る手段と
して、制御圧延と制御冷却を組み合せた材質改善技術が
種々検討され、提案されており、例えば特開昭５７−１
６９０１９号公報記載の方法が公知である。しかしなが
ら、前記公報記載の技術はラインパイプや一般造船材を
対象とし、加えて板厚５０ｍｍ以下の比較的薄いものを
対象とした技術であり、このように板厚の薄い領域では
板厚方向の材質は、もともと比較的均一である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、板厚が５０ｍ１以上に厚くなると板厚方向に
材質差が大きくなり、特に板厚中心部の靭性は著しく低
下する。この原因の一つに、従来の加熱、圧延方法では
、第２図に示すように加熱炉で９００〜１１５０℃に加
熱後粗圧延を経て仕上圧延に至る間に鋼板温度は時間と
共に低下し、板厚中心（％ｔ）部と表面直下では温度差
が大きく、特に未再結晶域の圧延を開始する際に、表面
と板厚中心部の温度差が大きくなり、板厚中心部は再結
晶したり、未再結晶域高温側での圧延になってしまうこ
とが考えられる。このため、最善の未再結晶域低温側で
圧延が達成できている％を部などに比べ、板厚中心部の
靭性が低い。一方、圧延温度を低下させれば板厚中心部
の低温靭性の改善は可能であるが、表面側の温度が低下
しすぎ、変態して出来たフェライトを加工することにな
り、表層側の低温靭性が低下するとともに、板厚方向の
ミクロＭｉ織も不均一であり、板厚全体が均質で優れた
低温靭性を有する技術開発が望まれていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の如き問題点を有利に解決し、板厚５Ｑｍ
ｍ以上、引張強さ５０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上の厚手高張
力鋼板において、板厚方向全域にわたり靭性の均質化と
向上が可能な製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、 （１）重量比にて Ｃ：　０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６
０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、　Ｎｂ　：　０．
００１〜０．１０％、　　Ａｌ　：　０．００５〜０．
１％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼
を、９００〜１１５０°Ｃに加熱し、中間段階厚さ迄圧
延して一旦圧延を中断して冷却するか、あるいは圧延せ
ずスラブ状態のまま冷却し、表面温度がＡｒ３を割る前
に咳鋼をＡｒ＋＋１５０℃〜Ａｒ＝の温度に均一に保熱
し、次いでＡｒｚ以上で圧下率５０〜７０％の圧延を行
い、圧延後、冷却速度１〜１０℃／ｓｅｃで２００℃以
下迄冷却し、３５０〜６５０℃の温度で焼戻しすること
を特徴とする靭性、溶接性に優れた厚手高張力鋼板の製
造方法。

（２）重量比にて Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０
％、　Ｍｎ：　０．５０〜２．５０％、　Ｎｂ　：　０
．００１〜０．１０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を
基本成分とし、更に、Ｃｒ：１．０％以下３Ｍｏ　：　
１．０％以下、■：０．１％以下、Ｃｕ：２．０％以下
のうち１種又は２種以上を含有し、更にＮｉ：４．０％
以下、Ｔｉ：０．１５％以下、Ｃａ：０．０１％以下の
うち１種又は２種以上を含有し残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなる鋼を、９００〜１１５０℃に加熱し、中間
段階厚さ迄圧延して一旦圧延を中断して冷却するか、あ
るいは圧延せずスラブ状態のまま冷却し表面温度がＡｒ
３を割る前にＡｒｚ　＋　１５０℃〜Ａｒ３の温度に均
一に保熱し、次いでＡｒ３以上で圧下率５０〜７０％の
圧延を行い、圧延後、冷却速度１〜１０℃／ｓｅｃで２
００℃以下迄冷却し、３５０〜６５０℃の温度で焼戻し
することを特徴とする靭性、溶接性に優れた厚手高張力
鋼板の製造方法。

を要旨とするものである。

前記したように、従来、板厚５０鰭を越えるような厚手
鋼板においては板厚方向に材質差、特に低温靭性の差が
生じるのは圧延温度を管理する制御圧延の宿命であり、
やむを得ない現象と考えられて来た。

しかしながら、発明者らはこの板厚方向の靭性差の要因
につき更に深く追求した結果、圧延時の板厚各部位の塑
性変形、圧延による温度変化等よりも、圧延前の板厚方
向温度分布が最も影響していることを見出した。そして
、スラブ冷却後あるいは若干の圧延後保熱を行なって制
御圧延前に生じた表面〜板厚中心の温度差をなくし、均
一にすることにより、その後の制御圧延−制御冷却後に
も板厚方向に均質なミクロ組織、機械的性質が得られる
ことを知見し、斯かる知見にもとづいて本発明を構成し
たものである。

次に、本発明における成分限定理由を述べる。

Ｃは安価に強度を上昇させる元素であり、強度確保のた
め０．０３％以上必要であるが、多量に添加すると鋼の
靭性および溶接性を害するので上限を０．２０％とした
。

Ｓｔは鋼の脱酸のため０．０５％以上必要であるが、多
くなると溶接性を害するので上限を０．６０％とする。

Ｍｎは強度確保のため０．５０％以上は必要であるが、
多くなると溶接性、靭性の低下を招くため上限を２．５
０％とする。

Ｎｂはオーステナイト粒の粗大化防止と再結晶抑制効果
および強度確保のため０．００１％以上必要であるが、
多くなると溶接性を阻害するため、０．１０％を上限と
する。

Ａｌは脱酸のため０．００５％以上必要であるが、多く
なると靭性が著しく低下するため０．１％を上限とする
。

本発明は上記の基本成分のほかに、要求される鋼の特性
に応じて次の元素を１種または２種以上選択的に添加す
ることができる。

Ｃｒは焼入れ性を向上させ強度上昇に有用な元素である
が、多くなると靭性、溶接性を阻害するため１．０％以
下とする。

門０は焼入れ性を向上させ強度上昇に有用な元素である
が、多くなると溶接性、靭性を低下させるので１．０％
以下とする。

Ｃｕは強度上昇に有用な元素であるが、多（なると熱間
加工の際、割れを発生し、かつ溶接性を害するため２．
０％以下とする。

■は析出硬化による強度上昇に有用な元素であるが、多
くなると溶接性を阻害するため０．１％以下とする。

Ｎｉは靭性向上に有用な元素であるが、高価な元素であ
るため４．０％以下とする。

Ｔｉはオーステナイト粒の粗大化を防ぎ靭性確保に有用
であり、また析出硬化により強度上昇にも有用な元素で
あるが、多くなると溶接性を阻害するため０．１％以下
とする。

Ｃａは鋼中硫化物の形態制御によりＺ方向の材質改善に
有効であるが、多くなると網中介在物が増加し、靭性、
溶接性を害するため０．０１％以下とする。

これらの添加元素のうち、Ｖ、　Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｍｏ
は主に強度上昇に有用な元素で必要に応じて１種または
２種以上添加する。また、Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｃａは主に
靭性向上に有用な元素であり、必要に応じて１種または
２種以上添加する。

次に加熱、圧延、冷却条件について限定理由を述べる。

加熱温度はオーステナイト粒の細粒化のため１１５０℃
以下の低温加熱がよいが、低過き゛ると析出硬化元素が
固溶しなくなるため９００°Ｃ以上とするが、強度、靭
性の点からは９５０〜１０５０°Ｃの範囲が最も好まし
い。

これらの温度で加熱後、中間段階厚さまで圧延して表面
の温度がＡｒ３より低下する前に一旦圧延を中断し・該
中間段階厚の鋼あるいは圧延しないでスラブ状態のまま
の鋼をＡｒ、＋１５０℃〜Ａｒｓの温度に設定した炉等
に装入し、全体を均一温度に保熱する。この後抽出して
すぐ未再結晶域での制御圧延を施す。このような方法に
より、第１図に示すように加熱炉抽出・後粗圧延−仕上
圧延に至る間に生じた板厚中心部（’、４ｔ）と表面直
下との温度差が解消され、未再結晶域での制御圧延開始
時に表面が二相域圧延となることなく、板厚中心部の圧
延温度もＡｒ＝直上にすることができる。すなわち、圧
延中の温度が板厚方向でほぼ均一となり、板厚方向の特
性差を小さくでき、これにより板厚中心部も靭性の優れ
た鋼板が製造できる。圧延中の温度はＡｒ＝〜Ａｒｚ＋
１５０℃の範囲とするが、全厚がＡｒ３〜Ａｒ３＋５０
℃の範囲に入ることが好ましい。

圧延温度をこれらの温度に限定するのは、圧延温度が高
すぎると、細粒化が十分なされず、またＡｒ１未満の温
度で圧延すると、その後の制御冷却時に十分焼きが入ら
ず所要の強度が得られないためである。

これらの温度における圧下率を５０％以上とするのは、
これ以下では細粒化が十分なされず、靭性が悪いためで
ある。上限は制御圧延の効果が飽和し始める７０％であ
る。

次に熱間圧延後の冷却速度を１℃／ｓｅｃ以上としたの
は、板厚中心部まで焼入れ組織とし、所定の強度を確保
するためであり、これ未満では強度不足となる。上限は
表面硬さの急上昇を抑え、また靭性の悪い中間組織を呈
さない１０℃／ｓｅｃとすることが好ましい。

冷却停止温度を２００℃以下としたのは、これによって
板厚中心部まで２５０℃以下となり板厚中心部まで十分
な焼入れ組織とするためで、次いでその後３５０〜６５
０℃で焼戻しするのは、全板厚において焼き入れ、焼戻
し組織とすることによって強度と靭性を良好ならしめる
ためで、３５０℃未満では強度が高いままで靭性の改善
が不十分となり、６５０℃を越える焼戻しは強度低下が
太き（なり所要の強度を確保できなくなる問題があり、
避けるべきである。

（実施例） 次に本発明の実施例と比較例を挙げる。

供試材の化学組成を第１表に示し、製造条件を第２表に
、得られた厚鋼板の機械的性質を第３表に示す。

第３表 以上の通り、本発明法を適用して得た厚鋼板ＡＩ、Ｂ１
．Ｃ１，ＤＩ、Ｅｌ、Ｆｌ、Ｇｌ。

Ｈｌはいずれも板厚方向の靭性差が小さく、表面直下、
ＸＬｅｔとも良好な靭性を示している。これに対し、比
較例のＡ２は焼き戻し温度が高いため、強度が低い。Ｂ
２．Ｂ２は保熱していないため、板厚中心部の圧延温度
が高く、靭性が悪い。

Ｂ２は制御圧延を３８％しか行っていないため、板厚全
体の靭性が悪い。Ｆ２は板厚全体がＡｒ３より低下して
おり、全体の靭性が悪い。Ｇ２は、加熱温度が高いため
、板厚全体の靭性が悪い。Ｃ２は表面がＡｒ３以下で保
熱を開始しているため表面の靭性が低い。Ｄ２はは保熱
温度が高いため、強度は高いが靭性が低い。

（発明の効果） 以上の如く、本発明は板厚５０龍以上で１ｎ＋ｍ”当た
り５０ｋｇｆ以上の引張強さを有する鋼板の板厚中心部
の細粒化を加熱、圧延、冷却を制御することにより達成
したもので、板厚中心部まで含めた良好な低温靭性の確
保と成分組成及び含有量の適切な限定により低炭素当量
下での高強度の確保を同時に可能としたもので、工業上
その効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により保熱した場合の表面直下と％ｔ
の温度履歴を示す説明図、第２図は、再加熱をしない従
来法の温度履歴を示す説明図である。 □時開 吟間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にて Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０
   ％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｎｂ：０．００１〜
   ０．１０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残
   部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を、９００〜１１
   ５０℃に加熱し、中間段階厚さ迄圧延して一旦圧延を中
   断して冷却するか、あるいは圧延せずスラブ状態のまま
   冷却し、表面温度がＡｒ＿３を割る前に該鋼をＡｒ＿３
   ＋１５０℃〜Ａｒ＿３の温度に均一に保熱し、次いでＡ
   ｒ＿３以上で圧下率５０〜７０％の圧延を行い、圧延後
   、冷却速度１〜１０℃／ｓｅｃで２００℃以下迄冷却し
   、３５０〜６５０℃の温度で焼戻しすることを特徴とす
   る靭性、溶接性に優れた厚手高張力鋼板の製造方法。
2. （２）重量比にて Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６０
   ％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｎｂ：０．００１〜
   ０．１０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を基本成分と
   し、更に、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、
   Ｖ：０．１％以下、Ｃｕ：２．０％以下のうち１種又は
   ２種以上を含有し、更にＮｉ：４．０％以下、Ｔｉ：０
   ．１５％以下、Ｃａ：０．０１％以下のうち１種又は２
   種以上を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼
   を、９００〜１１５０℃に加熱し、中間段階厚さ迄圧延
   して一旦圧延を中断して冷却するか、あるいは圧延せず
   スラブ状態のまま冷却し表面温度がＡｒ＿３を割る前に
   Ａｒ＿３＋１５０℃〜Ａｒ＿３の温度に均一に保熱し、
   次いでＡｒ＿３以上で圧下率５０〜７０％の圧延を行い
   、圧延後、冷却速度１〜１０℃／ｓｅｃで２００℃以下
   迄冷却し、３５０〜６５０℃の温度で焼戻しすることを
   特徴とする靭性、溶接性に優れた厚手高張力綱板の製造
   方法。